Файл: Талыпов Г.Б. Сварочные деформации и напряжения.pdf

50. О ВЛИЯНИИ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ УДАРЕ

В настоящее время нет опытных данных, на основании которых можно бы было заключить, что сварочные напряжения не оказы­ вают влияния на прочность сварных конструкций при ударных нагрузках. Имеющиеся опыты проведены или по схеме на рис. 57, где при принятой ориентировке и расположении шва по отноше­ нию к ударяющей силе и при условиях, когда зона шва составляет лишь незначительную долю длины образца, сварочные напряже­ ния и неоднородность металла этой зоны не могли оказать какоелибо заметное влияние на результаты этих опытов, или, как ука­ зал Н. Н. Давиденков [30], поставлены некорректно [69].

В работе [114] испытанием на удар образцов типа Менаже, содержащих по живому сечению надреза только основной металл, только наплавленный металл или только металл зоны термиче­ ского влияния, показано, что ударная вязкость основного металла зоны термического влияния при принятых размерах образца

нистость основного металла, непосредственно прилегающего к шву, имеют место вместе с достаточно резко выраженной концентра­ цией напряжений в этой зоне.

Приведенный выше анализ показывает, что в силу неоднород­ ности металла зоны сварного шва и концентрации определенно ориентированных сварочных напряжений в этой зоне деформи­ руемость и несущая способность сварного соединения при стати­ ческих, усталостных и ударных нагрузках зависят от ориенти­ ровки направления внешней силы по отношению к шву. Учет этого положения в некоторых случаях даст возможность разра­ ботки таких сварных конструкций путем рационального распо­ ложения сварных швов по отношению к направлениям действий внешних сил, обеспечивающих возможно полное использование пластических свойств основного металла и металла шва, путем выбора металлов, способных использовать свои пластические свойства при данных условиях.

51. 0 ВЛИЯНИИ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

В общем случае металл зоны шва в результате сварки и осты­ вания находится в упруго-пластическом деформированном со­ стоянии. При последующем приложении внешних сил металл этой

зоны может оказаться в условиях сложного нагружения. Рас­ смотрим простейшую задачу о потере устойчивости плоской формы равновесия прямоугольных полос одинаковой ширины в результате их сварки продольным швом и остывания в упрощен­ ном варианте без прямого учета сложности нагружения. Исполь­ зуя приближенную теорию, можно найти остаточные сварочные напряжения в растянутой и сжатой зонах. Это позволяет найти то значение ширины упруго-пластически растянутой зоны (ее критическое значение ек ), при котором упруго-сжатые зоны могут потерять устойчивость плоской формы равновесия. При принятой толщине полос и используемых для опытов способах и режимах сварки, обеспечивающих качественность соединения, не удается установить соответствующее опытное значение ек . Но можно уста­ новить, что при всех опытных є ]> гк имеет место потеря устой­ чивости плоской формы равновесия сжатых зон.

Вопрос влияния остаточных сварочных напряжений в общей постановке имеет три аспекта.

1.Балки и пластины большой жесткости после сварки и осты­ вания не теряют устойчивости плоской формы равновесия, но на­ чальные сварочные напряжения могут привести к существенному снижению величины критического напряжения от внешних сил. Задача заключается в том, чтобы получить оценку, насколько начальные сварочные напряжения уменьшают величину кри­ тического напряжения от внешних сил.

2.Каким должен быть режим сварки (тепловая мощность ис­

ров не потерял устойчивость начальной плоской формы равнове­ сия при отсутствии внешних сил. Другими словами, нужно найти тот режим сварки (критический режим), при котором в результате сварки и остывания теряется устойчивость плоской формы равно­ весия пластины заданных размеров.

3. Может оказаться, что найденная область некритических режимов широко применимыми в настоящее время способами сварки не достижима, т. е. может оказаться практически невоз­ можным осуществление таких режимов сварки, при которых одно­ временно обеспечивались бы устойчивость плоской формы равно­ весия пластины и качественность сварного соединения при сварке данным способом. Тогда, если исключить из рассмотрения техно­ логические приемы уменьшения сжимающих напряжений (пред­ варительное растяжение или нагрев), возникает задача разра­ ботки таких новых способов сварки, при которых ширина зоны пластических деформаций нагрева окажется минимальной. К та­ ким новым способам сварки можно отнести, например, радио­ частотную сварку.

По первому аспекту рассматриваемой задачи в последние годы появился ряд исследований. В работах [88, 89] дано исследование влияния начальных сварочных напряжений на устойчивость

Для напряжений в отдельных зонах получим:

г<1> _ < - ° . ( 4 - - 7 г )

1

Е'

(9.4)

аТ.,

0( 2 ) —Є

( * - f ) +

( - + )

Сварная пластина теряет устойчивость плоской формы равно-

(2)

весия, когда охх достигает критического значения. Ввиду сим­ метрии можно рассматривать лишь половину сварной пластины.

g

где k — коэффициент, зависящий от отношения / к & и от коэф­ фициента защемления, для определения которого можно, напри­ мер, использовать прием, указанный в работе [12] (см. стр. 151— 153). Подставив в (9.4) абсолютное значение охх, для критического значения ширины зоны интенсивного нагрева получим

Полученная для ек формула имеет вполне ясный механический смысл. Величина гк пропорциональна отношению Е к £", т. е. чем меньше модуль упрочнения за пределом текучести металла

Чем больше as металла зоны шва, тем меньше ек. Экспериментальная часть исследования потери устойчивости

в результате сварки и остывания тонких листов стали ЗС (4Х250Х х 1000 мм) при ручной, полуавтоматической и автоматической

сварке в среде углекислого газа, а также при автоматической сварке в среде углекислого газа с одновременным двусторонним формированием шва была проведена в сварочной лаборатории

поведения этой стали при повышенных температурах показало, что за температуру Тк можно принять Тк = 620° С, а на дилато­ метре Leitz было получено а = 14,6- Ю - 6 в интервале температур 20—600° С. При lib = 4, рассматривая крайний случай, когда акр имеет минимальное значение, соответствующее свободному опи­

всем указанным выше способам сварка производилась в режимах, близких к используемым на практике. При проведении всех опы­ тов автоматически записывались температурные кривые в точках среднего по длине поперечного сечения пластины в процессе сварки, а также измерялись прогибы образцов после сварки и остывания. Используя полученные температурные кривые, можно

пластин заданной геометрии оказалось невозможным обеспечить одновременно качественность соединения и исключить потерю устойчивости плоской формы равновесия этих пластин. Отсюда следует, что для исключения потери устойчивости тонких пластин в результате сварки и остывания необходимо использовать такие способы Сварки, которые создают достаточно узкую зону пласти­ ческих деформаций нагрева.

Предположим, что пластина в результате сварки и остывания не теряет устойчивость плоской формы равновесия. Обозначим через о 0 абсолютное значение сжимающего напряжения от внеш­ них сил. Тогда, если известна величина гс, критическое значение а0 с учетом влияния начальных сварочных напряжений опреде­ лится по формуле

Здесь была рассмотрена простейшая задача. Аналогично, используя приближенную теорию, можно найти поле остаточных сварочных напряжений в каждом конкретном случае и обычными методами [23, 121] провести исследование их влияния на устой­ чивость.